Научно-исследовательская и инновационная деятельность

Научно-исследовательская работа

Целью  исследований, проводимых в последние  годы на кафедре в соответствии с ее научным направлением, является  изучение свойств металлов и сплавов в условиях интенсивного воздействия на них разных типов механических колебаний широкого амплитудно-частотного диапазона, температур и схем напряженного состояния и создание научных основ практического использования выявленных эффектов при разработке ускоренных методов испытаний циклической прочности элементов сложнонагруженных деталей и высокоэффективных технологических процессов их обработки.

Проектирование высоконадежных конструкций, работающих в условиях вибраций, связано как с разработкой новых конструкционных материалов, так и с использованием в прочностных расчетах уточненных характеристик усталости. Традиционные низкочастотные усталостные испытания требуют значительных материальных затрат. Для снижения длительности и трудоемкости испытаний, особенно при больших базах (108-1010 циклов), перспективным является использование высоких частот нагружения, позволяющих за приемлемый промежуток времени обеспечить наработку заданного числа циклов. Однако, в связи с отличием величин циклической прочности при разных частотах требуется установление корреляционных зависимостей между частотой нагружения и получаемыми усталостными характеристиками. 

Поэтому основной задачей исследований явилась разработка научно обоснованного метода ускоренного прогнозирования низкочастотной усталости по результатам высокочастотных испытаний. Для успешной реализации этой важной задачи нами проведены и продолжают проводиться в значительном объеме экспериментальные исследования усталостной долговечности большой номенклатуры металлических конструкционных материалов при различных частотах и типах механических колебаний симметричного и асимметричного циклов в широком температурном диапазоне. 

Коллективом кафедры разработаны принципиально новые испытательные комплексы с приборным обеспечением, защищенные авторскими свидетельствами, позволяющие возбуждать  в образцах интенсивные изгибные, продольные и крутильные колебания широкого диапазона частот (0,15-44,0 кГц) симметричного и асимметричного  циклов и с помощью созданных электронных устройств автоматически поддерживать автоколебательный режим работы, использование которого обеспечивает  проведение усталостных испытаний при неизменной величине циклических напряжений и дает возможность по падению собственной частоты проследить за кинетикой развития усталостного повреждения материала. Асимметричное нагружение осуществляется на трубчатых образцах, дополнительно нагруженных двух- и трехосным растяжением за счет внутреннего  гидростатического давления, создаваемого с помощью разработанного нами стенда и оригинальных акустогидравлических систем. Постоянное значение давления заданной величины (до 200 МПа) поддерживается гидроаккумулятором. 

Проведенные теоретические исследования позволили разработать и экспериментально проверить аналитические зависимости для определения напряженно-деформированного состояния элементов резонансных колебательных систем в условиях действия различных типов колебаний при разных схемах нагружения. Экспериментальная проверка метода на широкой номенклатуре конструкционных материалов показала возможность многократного сокращения длительности и трудоемкости определения усталостных характеристик без ущерба для точности прогноза.

Разработано и запатентовано устройство крепления образца к концентратору, обеспечивающее повышение точности и достоверности результатов испытаний. Предложена методика ускоренных (в том числе и при повышенных температурах) испытаний металлических материалов, обладающих повышенной хрупкостью, таких как литейные алюминиевые сплавы.

Таким образом, имеющееся на кафедре оборудование и методики позволяют выполнить значительный объем усталостных испытаний металлических материалов, что может быть полезно для оборонных предприятий и аэрокосмического комплекса. Университет располагает центром физико-химических методов исследований с уникальным оборудованием, позволяющим  дополнить результаты испытаний анализом структуры и физико-механических свойств материалов.

Имеющиеся разработки позволяют на протяжении длительного времени успешно сотрудничать с Запорожским национальным техническим университетом (Украина) и выполнять два совместных международных проекта (научный руководитель от ЗНТУ – ректор университета, профессор С.Б.Беликов). 

Учитывая, что эксплуатационные свойства сложнонагруженных деталей машин в значительной степени определяются состоянием их поверхностных слоев, разработан новый метод диффузионного насыщения легирующими элементами из расплава солей с использованием знакопеременных колебаний. Для его реализации создан комплекс экспериментального оборудования, позволяющий проводить обработку с введением колебаний различной частоты и интенсивности как в расплав, так и в упрочняемую модель, а также изучение структуры и эксплуатационных характеристик поверхностных слоев. Предложена высокоэффективная технология поверхностного упрочнения труднодоступных участков деталей и инструмента.

Учитывая традиционные связи университета с предприятиями лесного комплекса, разработан процесс поверхностного упрочнения зубчатых передач трансмиссий лесных машин. Предложена теоретическая модель напряженного состояния зубьев конических передач переднего ведущего моста трелевочных тракторов ТТР-401, учитывающая особенности их нагружения при трелевке древесины и позволяющая определить требования к упрочненным рабочим поверхностям зубьев, обеспечивающим необходимый ресурс данных деталей.      Рассчитаны остаточные и суммирующие напряжения при реализации различных процессов химико-термической обработки (ХТО), обоснована целесообразность использования процессов борирования и боросилицирования. Разработан и запатентован состав для боросилицирования, позволяющий обеспечить необходимую толщину упрочненного слоя (200-250 мкм) при твердости 11000-12000 МПа и в 2,8-3,2 раза по сравнению с борированием снизить его микрохрупкость. 

На основании исследований эксплуатационных характеристик поверхностных слоев, полученных цементированием, борированием и боросилицированием, определены допускаемые контактные напряжения и допускаемые напряжения при изгибе для зубчатых колес, которые подтвердили возможность использования боросилицирования для упрочнения рассматриваемой передачи. Предложена методика  расчета сопротивления изнашиванию упрочненных зубчатых колес, учитывающая влияние остаточных напряжений после ХТО.

Определены основные механизмы усталостного разрушения образцов ленточных пил; установлено влияние эксплуатационных факторов на долговечность ленточных пил. Разработана математическая модель сложнонапряженного состояния полотна ленточной пилы в процессе ее работы, а также модель образца ленточной пилы в процессе ее испытания. Была создана и запатентована  экспериментальная установка, моделирующая условия работы полотна ленточной пилы. Разработано и внедрено на ПО «Молодечномебель» оборудование для реализации способа повышения усталостной долговечности ленточных пил.
Разработаны научные принципы и технология электромагнитного количественного селективного контроля структурных параметров отливок из серого, ковкого и высокопрочного чугунов, разработаны конструкции высокочастотных волноводов для ускоренного определения предельных характеристик высокопрочного чугуна на основе высокочастотного нагружения образцов на растяжение-сжатие в сочетании с контактно-механическим нагружением. Разработана компьютерная модель стенда для исследования сложного напряженного состояния при высокочастотном растяжении-сжатии и изгибе.

Предложены усовершенствованные методики расчетов элементов конструкций лесовозного транспорта и оборудования деревообрабатывающих производств, оптимизированы параметры скребкового конвейера. С использованием методов конечных элементов рассчитаны элементы конструкций лесовозного транспорта. Уточнены методики расчета продольных и поперечных конвейеров деревообрабатывающих производств; изучены нагруженность элементов несущей рамы сортиментовоза, усиленной предварительно напряженными тросами.

Исследованы акустические характеристики различных конструкций литых зубчатых колес, проанализированы различные способы нанесения составов, обеспечивающих снижение шума в тяжелонагруженных зубчатых передачах трансмиссий автомобилей МАЗ.Изучена структура литых зубчатых колес, уточнена технология их литья, предложены методы, обеспечивающие снижения шума в зубчатых передачах.  Разработаны методические рекомендации и приемы оптимизации виброакустических характеристик литых зубчатых колес, изготавливаемых взамен колес, получаемых из стальных поковок. Проведены сравнительные испытания литых и кованых зубчатых колес, предложена технология нанесения составов, обеспечивающих снижение шума в зубчатых передачах трансмиссий автомобилей МАЗ. Выполнен анализ шума, возникающего в зубчатых колесах с эвольвентным профилем, определены динамические процессы в элементах конструкции, вызывающих колебания на частотах 20-200 Гц. Изучены ударные и вибрационные явления в сопрягаемых с зубчатыми передачами элементах конструкции, осуществлено практическое опробование приемов и методов снижения уровня шума.

Результаты научных исследований внедрены на многочисленных предприятиях стран СНГ и Республики Беларусь:

  1. Бобруйскшина;
  2. ПО «Беларусьрезинотехника»;
  3. Гомсельмаш;
  4. ПО «Каучук» (г. Москва);
  5. БелАЗ;
  6. завод «Полимермаш» (г. Ярославль);
  7. Минский тракторный завод;
  8. ЦАГИ им. Академика Жуковского;
  9. ЛИИ им. Громова (г. Жуковский);
  10. ПО «Нерудпром» (г.Минск);
  11. ПО «Молодечномебель»;
  12. ПО «Плещеницлес»; 
  13. ПО "Сморгоньсиликатобетон";
  14. Мостовский ремонтный завод;
  15. ИТЧУП «Элимос-плюс»;
  16. УП «Институт БЕЛНИИЛИТ»;
  17. ГЛХУ «Ганцевичский лесхоз»;
  18. ГЛХУ «Столинский лесхоз»;
  19. ОАО «Старобинский лесхоз».

Научные работы кафедры

 

 

  • 2016 год

    • Тема: ГБ 17-16 «Разработка технологических процессов поверхностного упрочнения, методов расчетов и методик испытаний новых инструментальных и конструкционных материалов»
      Раздел темы на 2016 г.: «Разработка процессов поверхностного упрочнения деталей машин и технологической оснастки, работающих в условиях интенсивного изнашивания»
      Начало 02.01.2016 г.
      Окончание 31.12.2020 г.
      Цель работы
      Исполнители
    • Тема: ГБ 16-128 «Повышение стойкости деталей технологической оснастки литейно-штамповочного оборудования (пресс-форм, кокилей, штампов), электрофрикционным плакированием функциональными покрытиями; а также эксплутационного ресурса зубчатых передач трансмиссий лесных машин за счет поверхностного термодиффузионного материала»
      Раздел темы на 2016 г.: «Исследование условий работы тяжелонагруженных деталей лесных машин, исследование основных причин их выхода из строя. Разработка необходимого метода упрочнения с определением рациональных параметров упрочненного слоя и его практическая апробация на предприятиях лесного комплекса»
      Начало 02.01.2016 г.
      Окончание 31.12.2018 г.
      Цель работы
      Исполнители
    • Тема: ГБ 16-127 «Разработка технологических процессов поверхностного упрочнения и термообработки штамповой оснастки и рубильных ножей, обеспечивающих повышение их эксплуатационной стойкости»
      Раздел темы на 2014 г.: «Исследование условий работы технологической оснастки и анализ структуры и свойств перспективных инструментальных сталей»
      Начало 02.01.2016 г.
      Окончание 31.12.2020 г.
      Цель работы
      Исполнители 
    • Тема: ГБ 16-120 «Разработка методов обеспечения ресурсных параметров наукоемких компанентов механических, гидравлических и механотронных систем на основе создания и применения новых компазиционных материалов, покрытий и технологии модификации поверхностей, методологии экспертной оценки прогнозируемых и экспресс-анализа полученных свойств материалов»

      Раздел темы на 2016 г.: «Исследование влияния структурных факторов, а также упрочненных слоев и покрытий на характеристики усталости конструкционных материалов»
      Начало 02.01.2016 г.
      Окончание 31.12.2020 г.
      Цель работы
      Исполнители